1. Chem. Rev.：新興的水凝膠材料用于治療1型糖尿病
康奈爾大學Minglin Ma，Qingsheng Liu對利用新興技術構建的水凝膠以治療1型糖尿病的相關研究進行了綜述。1）以更易于管理和無痛的方式對患者進行更嚴格的血糖控制是治療1型糖尿病的研究焦點。目前，利用新興技術中開發可以實現自我調節的胰島素遞送和細胞替代療法的水凝膠成為了治療1型糖尿病的一種有效手段。2）作者在文中綜述總結了水凝膠在治療1型糖尿病過程中用于胰島素遞送和胰島素生成細胞治療的最新研究進展。首先，作者概述了用于智能胰島素遞送的葡萄糖敏感型水凝膠、用于口服遞送胰島素的pH敏感型聚合物水凝膠以及用于觸發水凝膠以釋放胰島素的一些理化信號。然后，作者介紹水凝膠材料在包封胰島素分泌細胞方面的應用，特別強調了這類水凝膠的設計原理；最后，作者也對這類水凝膠材料的局限性及未來的研究發展方向進行了討論和展望。
生物材料學術QQ群：1067866501Stephanie Fuchs. et al. Hydrogels in Emerging Technologies for Type 1 Diabetes. Chemical Reviews. 2020DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01062https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c01062
2. Joule: 低成本，無摻雜空穴傳輸材料助力高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池
低成本高效空穴傳輸材料的開發（HTM）對于鈣鈦礦太陽能電池的商業化非常重要單元（PSC）。華南理工大學的葉軒立，薛啟帆和Yuan Li等人通過比較研究的D-A-D和D-p-D構型，提出了一種具有D-A-p-A-D分子設計的線性小分子。1） 該DTB-FL HTMs具有合成簡便，光電性能優異的特點。而且，DTB-FL具有高效的表界面的鈍化效應，合適的能級排列以及界面復合的有效抑制并改善電荷收集性能。2）對于0.09和1.0 cm2的有效區域，最佳器件的效率分別為21.5％和19.6％，通過使用DTB-FL HTM，器件獲得了優異的工作穩定性。此外，DTB-FL也可以用作高效適用于全無機PSC的HTM，器件效率為17.0％，開路電壓為1.30 V。這些結果突顯了D-A-p-A-D分子設計在制備低成本，無摻雜HTM的優勢，可實現穩定高效的PSC。
電池學術QQ群：924176072Tianqi Niu et al. D-A-p-A-D-type Dopant-free Hole Transport Material for Low-Cost, Efficient, and Stable Perovskite Solar Cells，Joule，2020.DOI: 10.1016/j.joule.2020.12.003https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.12.003
3. Nano Letters：自蔓延實現鋰金屬電池復合負極的高鋰利用率
采用熔滲策略構建三維結構復合鋰金屬負極是解決鋰枝晶生長和體積變化嚴重問題的有效策略。然而，3D鋰負極的實際應用還面臨著不可控的鋰負載、內部結構致密、鋰利用率低等諸多挑戰。近日，北京科技大學范麗珍教授，清華大學南策文院士，防化研究院Hao Zhang報道了一種利用化學反應和多孔金屬網上的毛細效應協同作用來制備具有高鋰利用率、可控低鋰金屬負載量和網格結構的柔性三維復合鋰金屬負極的自蔓延方法。1）研究發現，在接近商業要求的8.0 mAh cm?2負載下，鋰只存在于表面，沒有填充內部空間。因此，所獲得的三維鋰金屬復合負極不僅可以促進Li+的均勻分布，穩定地剝離/沉積Li，而且可以適應無枝晶生長的體積變化。2）實驗結果顯示，在1.0 mAh cm?2和1.0 mAh cm?2下，Cu/Li||Cu/Li對稱電池在1600 h內表現出較低的過電位和穩定的鍍鋰/脫嵌可逆過程。即使在75%的極高利用率（6.0 mAh cm?2）下，也能穩定運行600 h以上，遠高于報道的熔融法制備的三維鋰負極。同時，采用三維復合鋰金屬負極的液態和固態全電池也具有更優異的循環穩定性。該研究工作所提出的制備3D復合負極的策略可以促進鋰金屬電池的實際應用。
電池學術QQ群：924176072Shaobo Huang, et al, Self-Propagating Enabling High Lithium Metal Utilization Ratio Composite Anodes for Lithium Metal Batteries, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04546https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04546
4. Nano Letters：Al2O3-石墨烯納米層的斷裂和疲勞
Al2O3-石墨烯納米層廣泛應用于集成微納電子系統中，但其壽命在很大程度上受到靜態和動態斷裂的限制。近日，加拿大多倫多大學Tobin Filleter，西安大略大學孫學良教授報道了一種?。?-11 nm）自支撐Al2O3-石墨烯納米層的精力和疲勞研究。1）研究發現，較大的平均應力水平下，厚度小于2.2 nm的薄膜，在較大的平均應力水平下具有超過10億次循環的顯著疲勞壽命，相比于更厚（11 nm）的薄膜，提高了3個數量級。 2）研究發現，彈性斷裂和靜態斷裂行為也具有相似的厚度依賴性，其中石墨烯僅在約3.3 nm的厚度范圍內具有明顯的增強效應。此外，研究人員還觀察到了表現為粘滯蠕變的塑性變形，而且薄膜越厚，塑性變形越明顯。這項研究為Al2O3-石墨烯納米層的靜態和動態可靠性提供了力學上的見解，并有望指導基于石墨烯的器件設計。
Maedeh Amirmaleki, et al, Fracture and Fatigue of Al2O3?Graphene Nanolayers, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03868https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03868
5. Angew：陽極氧化促進的陽離子浸出用于促進水氧化中的表面重構
高性能析氧反應（OER）電催化劑是提高水電解整體效率的關鍵。盡管大量工作致力于一些極具活性的電催化劑的陽離子浸出和表面構建，但很少有人基于可控的方式促進表面重構。因此具有可控陽離子浸出和表面重構以獲得高活性表面的催化劑的設計仍然有限。近日，南洋理工大學徐梽川教授，法蘭西學院Alexis Grimaud報道了從CoCr2O4尖晶石氧化物中可控地浸出Cr以促進表面重構，從而提高其OER活性。1）利用CA研究和表征技術（ICP、TEMEDS、XAS、XPS和GC-MS）對鉻浸出的表面重構進行了研究。在高于1.56 V的電位下活化CoCr2O4，可使Cr從Cr4+陽極氧化為Cr6+，從而引發晶格氧陰離子的浸出。Cr的浸出產生空位和缺陷，使Co物種在表面重建，形成與CoOOH膜不同電子結構的羥基氧化物。較高的陽極電位可促進Cr的浸出和晶格氧的消耗，從而提高催化劑的性能。此外，在高活化電位下新形成的表面顯示出更多的Co活性中心，每個中心具有更高的本征活性。2）實驗結果顯示，在1.7 V下，經過1.5小時活化的CoCr2O4 (Act-CoCr2O4)表現出比原始CoCr2O4 (Pri-CoCr2O4）高一個數量級的性能，其性能優于CoOOH薄膜。研究工作為實現過渡金屬尖晶石氧化物的可控電化學重構提供了一條很有前途的途徑。
電催化學術QQ群：740997841Yan Duan, et al, Anodic Oxidation Enabled Cation Leaching for Promoting Surface Reconstruction in Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015060https://doi.org/10.1002/anie.202015060
6. Angew：Mo在Ni4Mo合金中的原位溶解和聚合用于促進析氫反應
Ni基材料是堿性電解槽中最常用的一種電催化劑。同時，NiMo合金是一種具有出色的電催化活性和穩定性的Ni基材料。研究表明，NiMo合金中的Ni位提供了豐富的水離解活性中心，并且Mo的添加將優化氫在合金表面上的吸附，從而獲得出色的HER性能。研究人員通常認為金屬和金屬合金在還原條件下可保持穩定。因此，往往忽視了金屬及金屬合金的結構轉變。此外，還證實了電解液中的某些離子對電極反應活性的影響。然而，很少有研究涉及電還原過程中離子的影響，特別是陰極材料本身產生的離子的影響。近日，天津大學張兵教授報道了在堿性HER過程中Mo在Ni4Mo合金中的完全轉變。1）研究人員首先制備出Ni4Mo合金納米棒陣列電催化劑，其具有比市售Pt/C更出色的堿性HER活性。2）多種表征結果顯示，Ni4Mo合金中的Mo首先以MoO42-的形式被氧化和溶解。原位拉曼光譜表明，溶解的MoO42-隨后被重新吸附在電極表面上并發生聚合。理論計算表明，二聚體Mo2O72-的吸附可促進金屬Ni的HER活性。此外，在電解液中添加MoO42-不僅可以改善Ni4Mo合金的耐久性，而且可以促進純金屬Ni、Fe、Co的HER活性。研究工作為揭示陰極材料在反應條件下的結構轉變機理和性能增強來源提供了獨特的見解。
電催化學術QQ群：740997841Wei Du, et al, Unveiling the In Situ Dissolution and Polymerization of Mo in Ni4Mo Alloy for Promoting Hydrogen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015723https://doi.org/10.1002/anie.202015723
7. Angew：一個光氧化還原循環用于協同合成氣生產和C?N鍵形成
太陽能驅動的CO2還原用于合成氣生產為生產可再生原料提供了一種可持續的途徑。然而，其往往存在CO2活化困難、氧化半反應動力學緩慢和有害副產物生成等問題。近日，福州大學徐藝軍教授報道了一種功能導向策略，構建了黑磷量子點-ZnIn2S4（BP/ZIS）異質結構，用于太陽能驅動的CO2還原為合成氣，同時在一個氧化還原循環中伴隨選擇性氧化的C?N鍵的形成。1）BP/ZIS雜化材料的制備，包括分別制備ZIS NSs和聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）功能化的BP量子點（QDs），然后在ZIS表面靜電組裝PDDA功能化BP量子點（PDDA-BP QDs）。2）研究發現，優化后的BP/ZIS異質結具有優異的電荷載流子分離性能、高活性位點、可調的CO/H2比、以及具有高轉化率和選擇性的胺氧化成亞胺等特點。優異的催化性能源于BP QDs與ZnIn2S4之間的有效電子耦合，以及對關鍵反應中間體的最佳吸附強度，并通過實驗和理論研究得到了證明。3）研究人員發現，CO2還原和胺脫氫氧化之間存在協同效應，而不僅僅是簡單地在這個雙功能光氧化還原系統中進行這兩個單一的半反應。
光催化學術QQ群：927909706Chuang Han, et al, Cooperative Syngas Production and C?N Bond Formation in One Photoredox Cycle, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015756https://doi.org/10.1002/anie.202015756
8. Angew：醛、酮和醇的電化學芳基化反應：從陰極還原到聚合成對電解
羰基化合物的芳基化反應是合成醇的最常用的方法之一，由于醇是有機合成中重要的原料和組成單元，因此受到了極大的關注。盡管在這一領域人們取得了極大進展，然而開發出條件溫和、良好的官能團耐受性以及原料易得的理想芳基化反應仍充滿極大挑戰。近日，美國德克薩斯理工大學Michael Findlater，南陽師范學院Kun Xu，Sheng Zhang報道了在醛酮的電還原芳基化反應的基礎上，提出了一種醇類的電化學α-芳基化。1）利用這種電化學方案，商用醛（酮）和芐醇在溫和，在無金屬催化劑和外部還原劑的條件下，實現芳基化，從而實現了結構多樣的醇的可擴展，通用合成（97個實例，超過 10克）。重要的是，利用聚合成對電解，研究人員首次實現了從羰基或芐基醇開始大規模電合成高價值醇。2）詳細的機理研究表明，芐醇的氧化還原中性α-芳基化反應存在兩條可能的途徑。芐醇（6a）在開始的時候通過單電子轉移（SET）過程，在陽極表面提供陽離子自由基II。隨后，中間體II的速率決定的去質子化產生芐基III，它可以進一步通過兩條可能的路徑（path a和path b）以合成最終產品。在path a中，芐基III與陰極產生的陰離子自由基I偶聯，生成中間體IV。在戊醛存在下，中間體IV消除CN-生成所需的產物7a，同時有毒的CN-轉化為氰醇。在path b中，芐基III失去電子和質子來生成苯甲醛。苯甲醛隨后充當親電劑，可被親核陰離子自由基I截取，生成中間體V。V的單電子還原導致中間體IV的生成，中間體IV最終通過與path a類似的消除過程轉變為產物7a。
Sheng Zhang, et al, Electrochemical Arylation of Aldehydes, Ketones and Alcohols: from Cathodic Reduction to Convergent Paired Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015230https://doi.org/10.1002/anie.202015230
9. Angew：基于梯度摻雜的上轉換納米粒子用于實現對發光壽命和強度的獨立調節
多路復用工具可以在一個制劑中同時鑒定多種成分，因此也為生物分析提供了一種快速且高通量的方法。具有工程光學特性的發光材料已被廣泛開發以用于多路復用標記檢測，而編碼容量在對于其效率則起著關鍵性作用。然而，多維度的光學特性通常是不獨立的，這也從本質上使得實際編碼數無法達到理論上的容量。復旦大學張凡教授和凡勇研究員研究了可被近紅外(NIR)光激發的上轉換納米粒子(UCNPs)中的敏化梯度摻雜結構，并成功地實現了對發射強度和壽命的獨立調節。1）實驗利用正交可調性，打破了強度(k)和壽命(n)相關性的約束，有效地擴大了多路復用發光的編碼容量。2）該方法還可以與之前報道的壽命工程化相結合以實現高水平的多路復用。
發光材料與器件學術QQ群：529627332
Xuan Liu. et al. Independent luminescent lifetime and intensity tuning of upconversion nanoparticles by gradient doping for multiplexed encoding. Angewandte Chemie International Edition. 2020DOI: 10.1002/anie.202015273https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202015273
10. Angew：鋰金屬表面堅固雙相表面層的原位構建助力長循環壽命的鋰硫電池
鋰硫（Li-S）電池作為一種高能量密度電池技術具有良好的應用前景。然而，鋰硫電池中多硫化物鋰（LiPSs）中間體容易穿梭到鋰負極上，與鋰金屬發生劇烈反應，耗盡活性物質，導致電池快速失效，成為其實際應用的一大障礙。近日，河南大學趙勇教授，陳中輝副教授報道了通過一種簡單的溶液預處理方法在鋰金屬表面原位構建了厚度可調的由親鋰合金（如Li-Sn、Li-In和LiZn）和LiF相組成的兩相表面層（BSLs），用于有效地抑制Li-S電池的穿梭效應。1）BSLs避免了正極和改性隔膜制造過程中繁瑣的工序和多余的非活性材料的引入。在鋰金屬的溶液預處理過程中，研究人員選擇了高極性的二甲基亞砜（DMSO）來溶解足夠數量的金屬氟化物（如SnF2、InF3和ZnF2），這是在鋰金屬表面形成均勻而堅固的BSLs的關鍵。預處理后的鋰負極在對稱Li-Li和Li-S電池中表現出優異的循環穩定性。此外，由于LiF相能夠實現快速的Li+輸運，反應動力學也得到了提高。采用這種BSLS-Li正極的鋰硫電池在1 C下循環1000次以上，保持了98.2%的高庫侖效率。2）通過對電池循環后的表面形貌、橫斷面和成分的分析，對其機理進行了深入的研究。BSLs可以保持其原始形態，表明了其堅固的結構。理論計算表明，鋰金屬合金對LiPS具有較強的吸附作用和良好的Gibbs自由能，促進了初始循環中M-S鍵的形成。具有負電荷性質的M-S鍵可通過靜電斥力排斥LiPS。研究人員首次提出了一種新的基于穩健的BSL和金屬-S鍵排斥-空間屏蔽的協同機制來解決穿梭效應，是實現長循環壽命的Li-S電池的一種有效解決方案。
電池學術QQ群：924176072Wei Guo, et al, In situ Construction of Robust Biphasic Surface Layers on Li Metal for Li-S Batteries with Long Cycle Life, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015049https://doi.org/10.1002/anie.202015049
11. ACS Nano：通過濕度界面調控層狀納米纖維素的強韌性
對于纖維素來說，濕度是一個不可忽視的敏感問題，由于其變形和不可控的力學性能下降，被認為是纖維素材料的一個不利因素。然而由于缺乏對納米纖維素界面行為的深入了解，保持纖維素基材料在不同相對濕度下的預期性能具有挑戰性。近日，中科大吳恒安教授，俞書宏院士，朱銀波報道了通過多尺度模擬和實驗研究了層次化納米纖維素中濕度介導的界面及相關的變形行為。1）密度泛函理論（DFT）計算表明嵌入水分子可以顯著增強納米纖維素的界面強度。CNC?water?CNC HBs的平均強度遠高于CNC ? CNC HBs，同時，與純凈的CNC界面相比，具有界面水分子的納米纖維素可以形成更多的CNC?water?CNC HBs和更密集的氫鍵（HBs）網絡。單軸拉伸的MD模擬結果顯示，第二階段具有濕度介導型界面的納米纖維素的應力?應變曲線顯示出極高的拉應力和大斷裂應變的應變硬化特性。與第一線性彈性階段相比，第二階段的鋸齒狀應力-應變曲線可平均為斜率較低的線性階段，類似于纖維素基微纖維和膜的雙線性拉伸應力-應變曲線。此外，在濕度調節的界面滑移過程中，研究人員發現了CNC界面上的無序纖維素鏈。2）研究人員對不同相對濕度（RH）下的CNC薄膜進行了力學實驗。對于30%≤RH≤50%，應變硬化階段后線彈性階段導致斷裂應變大幅度增加，這與MD模擬中的應力?應變曲線和界面行為相呼應。而當RH≥60%時，彈性模量和強度明顯下降，這主要是由于界面水分子過多削弱了界面強度，阻礙了載荷傳遞能力。在合適的RH范圍內，納米纖維素的強度和韌性都得到顯著提高?？估瓘姸鹊奶岣咴从贑NC?water?CNC HBs的增加，而斷裂韌性和應變的提高則歸因于由濕度調節的界面滑移引發的應變硬化階段。該研究工作表明，濕度調節的界面可以提高納米纖維素的力學性能，從而為自下而上設計具有所需力學性能的纖維素基材料提供一種有前途的策略。
YuanZhen Hou, et al, Strengthening and Toughening Hierarchical Nanocellulose via Humidity-Mediated Interface, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c08574https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08574
12. ACS Nano：碳化鈮MXene增強型醫用植入物誘導細菌感染消除和組織再生
無法治愈的細菌感染、難以穿透的微生物生物膜以及不可逆的抗生素耐藥性是對人類最危險的威脅。由于在抗菌和抗生物膜開發方面缺乏有效的策略，受其他領域（例如納米醫學）發展啟發的創新方法對于實現創新的抗菌劑越來越有吸引力。在此，上海交通大學Xianlong Zhang、中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林等人開發了基于2D碳化鈮（Nb2C）MXene鈦板（Nb2C@TP）的具有實用的多模抗感染功能的的臨床植入物。1）這種新出現的模式能夠通過下調細菌能量代謝途徑，抑制生物膜的形成，并通過激活輔助基因調節因子促進生物膜的分離，從而破壞生物膜，直接消除細菌。2）該納米藥物的另一個有趣特征是通過光熱轉導對細菌的敏化能力，這降低了根除細菌所需的溫度，并減輕了可能的正常組織損傷。3）此外，Nb2C@TP醫用植入物能夠通過清除感染性微環境中的過量活性氧來減輕促炎反應，從而有利于血管生成和組織重塑。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Chuang Yang, et al. Niobium Carbide MXene Augmented Medical Implant Elicits Bacterial Infection Elimination and Tissue Regeneration, ACS Nano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.0c08045https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08045
